Lo spazio interplanetario non è affatto tranquillo. Particelle cariche di alta energia provenienti dal Sole, così come da oltre il nostro sistema solare, sfrecciare costantemente. Questi possono danneggiare i satelliti e mettere in pericolo la salute degli astronauti, tuttavia, fortunatamente per la vita sulla Terra, il pianeta è ricoperto da una bolla magnetica protettiva creata dal suo campo magnetico. Questa bolla, chiamata magnetosfera, devia la maggior parte delle particelle nocive ad alta energia.

Tuttavia, alcuni si intrufolano e in prima linea per capire come ciò accada è la missione Magnetospheric Multiscale della NASA, o MMS. Nuovi risultati mostrano che vortici di plasma spaziale simili a tornado creano un confine abbastanza tumultuoso da permettere alle particelle di scivolare nello spazio vicino alla Terra.

MMS, lanciato nel 2015, utilizza quattro veicoli spaziali identici che volano in una formazione piramidale per dare uno sguardo tridimensionale all'ambiente magnetico intorno alla Terra. La missione studia come le particelle si trasferiscono nella magnetosfera concentrandosi sulle cause e gli effetti della riconnessione magnetica, un evento esplosivo in cui le linee del campo magnetico si incrociano, lanciando elettroni e ioni dal vento solare nella magnetosfera.

Combinando le osservazioni dell'MMS con nuove simulazioni computerizzate 3D, gli scienziati sono stati in grado di studiare per la prima volta la fisica su piccola scala di ciò che sta accadendo ai confini della nostra magnetosfera. I risultati, recentemente pubblicato in un articolo in Comunicazioni sulla natura , sono la chiave per capire come il vento solare a volte entra nella magnetosfera terrestre, dove può interferire con i satelliti e le comunicazioni GPS.

All'interno della magnetosfera, la densità del plasma spaziale:particelle cariche, come gli elettroni e gli ioni, è molto più basso del plasma esterno, dove prevale il vento solare. Il confine, chiamata magnetopausa, diventa instabile quando le due diverse regioni di densità si muovono a velocità diverse. Turbinii giganti, chiamate onde di Kelvin Helmholtz, si formano lungo il bordo come le onde dell'oceano che si infrangono. Il confine una volta liscio si aggroviglia e si stringe, formando tornado di plasma, che fungono da oblò per il trasporto di particelle cariche dal vento solare nella magnetosfera.

Le onde di Kelvin Helmholtz si trovano nell'universo ovunque due materiali di diversa densità si muovano l'uno accanto all'altro. Possono essere visti nelle formazioni nuvolose intorno alla Terra e sono stati persino osservati in altre atmosfere planetarie nel nostro sistema solare.

Utilizzando simulazioni al computer su larga scala di questa miscelazione, eseguita presso l'Oak Ridge National Laboratory di Oak Ridge, Tennessee, sul supercomputer Titan, e confrontandoli con le osservazioni che MMS ha fatto mentre attraversava una tale regione nello spazio, gli scienziati sono stati in grado di dimostrare che i tornado erano estremamente efficienti nel trasportare particelle cariche, molto più di quanto si pensasse in precedenza. I confronti tra le simulazioni e le osservazioni hanno permesso agli scienziati di misurare le dimensioni esatte dei tornado. Hanno scoperto che questi tornado sono sia grandi che piccoli, quelli che raggiungono i 9, 300 miglia hanno generato tornado più piccoli da 60 a 90 miglia di larghezza e oltre 125 miglia di lunghezza.

L'MMS si è recentemente spostato in una nuova orbita, volando dall'altra parte della Terra, lontano dal Sole. Anche qui, continuerà a studiare la riconnessione magnetica, ma concentrati invece su come l'energia e le particelle interagiscono all'interno della magnetosfera terrestre, nella lunga coda magnetoide. Comprendere tali processi fondamentali nelle vicinanze della Terra aiuta a migliorare la nostra consapevolezza situazionale dello spazio che ci circonda, informazioni cruciali man mano che diventa sempre più pieno di satelliti e sistemi di comunicazione da cui dipendiamo.